2012EnairaHoffmanndeOliveira

Texto

(1)1. UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA Área de Concentração: Infraestrutura e Meio Ambiente. Enaira Hoffmann de Oliveira. ESTUDO DE PARÂMETROS DA VENTILAÇÃO NATURAL PARA MAXIMIZAÇÃO DO CONFORTO TÉRMICO EM PAVILHÕES INDUSTRIAIS. Passo Fundo 2012.

(2) 2. Enaira Hoffmann de Oliveira. ESTUDO DE PARÂMETROS DA VENTILAÇÃO NATURAL PARA MAXIMIZAÇÃO DO CONFORTO TÉRMICO EM PAVILHÕES INDUSTRIAIS. Orientador: Professor Moacir Kripka, Dr. Coorientador: Professor Acir Mércio Loredo Souza, Ph.D.. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia, na área de concentração Infraestrutura e Meio Ambiente.. Passo Fundo 2012.

(3) 3. Enaira Hoffmann de Oliveira. ESTUDO DE PARÂMETROS DA VENTILAÇÃO NATURAL PARA MAXIMIZAÇÃO DO CONFORTO TÉRMICO EM PAVILHÕES INDUSTRIAIS Dissertação apresentada ao Programa de Pósgraduação em Engenharia da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia, na área de concentração Infraestrutura e Meio Ambiente. Data de aprovação: Passo Fundo, 12 de Dezembro de 2012.. Os membros componentes da Banca Examinadora abaixo aprovam a Dissertação.. Prof. Dr. Moacir Kripka Orientador Prof. Ph.D. Acir Mércio Loredo Souza Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) – Coorientador Prof. Dr. Luttgardes de Oliveira Neto Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP) Prof. Dr. Luiz Edson Saraiva Universidade de Passo Fundo (UPF) Profª. Drª. Rosa Maria Locatelli Kalil Universidade Passo Fundo (UPF). Passo Fundo 2012.

(4) 4. Agradecimento. Agradeço a DEUS pela oportunidade de vencer mais esse desafio. Agradeço aos orientadores, Prof. Moacir Kripka e Prof. Acir Mércio Loredo-Souza, pela confiança e apoio na realização deste trabalho. Aos professores do PPGEng pelos ensinamentos passados, aos funcionários da Universidade de Passo Fundo pela amizade e aos funcionários do Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do sul, pelo apoio e dedicação na execução dos ensaios. Agradeço a minha família, pela compreensão nas ausências e incentivo nos momentos difíceis, durante a realização desta dissertação. Agradeço aos queridos amigos que fiz durante o curso de pós-graduação em Engenharia da Universidade de Passo Fundo. Esta pesquisa foi financiada pela CAPES, a qual agradeço imensamente e pela UPF pela bolsa de estudos disponibilizada para a execução desta pesquisa..

(5) 5. Há muitas maneiras de avançar, mas só uma maneira de ficar parado. Franklin D. Roosevelt.

(6) 6. RESUMO. A preocupação com o aumento do consumo de energia para o condicionamento térmico das edificações e com o bem estar dos ocupantes incentiva a avaliação do desempenho ambiental dos edifícios. A otimização do sistema de ventilação natural em fábricas pode contribuir para a diminuição do consumo de aparelhos condicionadores de ar, trazendo benefícios ao meio ambiente tais como a redução no consumo de energia elétrica e o aumento do conforto térmico. Neste sentido, a ventilação natural é uma das estratégias de condicionamento natural que proporciona conforto térmico a um ambiente industrial. Apesar de sua importância, as diretrizes construtivas que envolvem o desempenho térmico do edifício são determinadas na sua maioria de forma empírica, não abrangendo todos os fatores que fazem parte do projeto. Este trabalho propõe a aplicação de técnicas de otimização utilizando os parâmetros de conforto ambiental nos ambientes industriais. Busca-se maximizar o conforto térmico em pavilhões, com ou sem efeito do vento, tendo como variáveis as dimensões e as disposições das aberturas, reduzindo o consumo de energia com base na metodologia escolhida para posterior aplicação em projetos. A partir da simulação de diversas configurações de aberturas e dimensões de pavilhões, foram determinados como resultados parâmetros como relação entre as áreas das aberturas e o volume do pavilhão, relação entre área das aberturas e área do piso do pavilhão e relação entre áreas de entrada e de saída das aberturas. Essas relações otimizadas foram comparadas com valores de referência indicados na literatura técnica. Dentre os resultados obtidos as simulações indicaram que, considerando o efeito do vento, ocorre uma grande diminuição das áreas das aberturas calculadas, comparativamente aos casos em que a ventilação ocorre apenas por efeito chaminé.. Palavras-chaves: Otimização, pavilhões industriais, ventilação natural, conforto térmico..

(7) 7. ABSTRACT. The concerning with the increase of energy consumption for the building thermal conditioning and the occupant wellbeing encourages the evaluation of buildings regarding their environmental performance. The natural ventilation optimization in factories can contribute to the decreasing of energy consumption by the use of air conditioners, resulting in environmental benefits like electric energy reduction and the thermal comfort increasing. Thereby, the natural ventilation is one of the strategies of natural conditioning offering thermal comfort to an industrial environment. Despite its importance, the construction guidelines that involve the building thermal improvement are mostly determined empirically, do not comprehending all the short of factors of a project. This work proposes the applying of these optimization techniques using the environmental comfort parameters in industrial environments. The aim is to maximize the thermal comfort in pavilions, with or without wind effects, using as variables the dimensions and the openings positions, reducing the energy consumption based on the chosen methodology for subsequent projects. From the simulations using a set of opening and pavilion sizes and configurations, the relation between opening áreas and the pavilion volumes, the relation between the opening áreas and the pavilion floor áreas and the relation between enter and exit opening áreas were pointed out as parameters for the project. These optimized relations were compared with data available in technical literature. Among others, simulation results indicate a huge reduction in opening áreas needed, when Wind plays a major role, if compared with the cases in which there are just the chimney effect.. Keywords: optimizing, industrial pavilions, natural ventilation, thermal comfort..

(8) 8. LISTA DE FIGURAS Figura 1: Ventilação para climas temperados, ventilação de inverno e ventilação de verão. ....................... 17 Figura 2: Ventilação por Ação dos Ventos ........................................................................................................ 18 Figura 3: Pressões do ar diante da ventilação cruzada. ................................................................................... 19 Figura 4: Esquema de ventilação unilateral...................................................................................................... 19 Figura 5: Efeito chaminé..................................................................................................................................... 20 Figura 6: Ventilação local e ventilação geral. ................................................................................................... 22 Figura 7: Venezianas industriais ........................................................................................................................ 30 Figura 8: Fluxograma dos fatores determinantes para o conforto térmico ................................................... 32 Figura 9: Pavilhão industrial com aberturas .................................................................................................... 32 Figura 10: Efeito do fluxo de ar. ........................................................................................................................ 33 Figura 11: Efeito do fluxo de ar em aberturas oblíquas .................................................................................. 33 Figura 12: Efeito do fluxo de ar em aberturas perpendiculares...................................................................... 34 Figura 13: Partes da NBR 15220- Desempenho Térmico de Edificações ....................................................... 38 Figura 14: Zoneamento Bioclimático brasileiro (1999) .................................................................................... 38 Figura 15: Gráfico de incremento de vazão de ar causado pelo fato das aberturas não serem iguais. ........ 41 Figura 16: Gráfico para a determinação da vazão total (efeito chaminé + ação dos ventos). ....................... 41 Figura 17: Curva de variação do coeficiente Ko segundo a variação da relação Ae / As. ............................. 43 Figura 18: Cotas e parâmetros físicos para o ar. .............................................................................................. 44 Figura 19: Efeito de aberturas desiguais ........................................................................................................... 48 Figura 20: Ventilação cruzada devida ação dos ventos, com duas aberturas por fachada ........................... 48 Figura 21: Ventilação cruzada devida ação da diferença de temperatura com duas aberturas por fachada ............................................................................................................................................................................... 50 Figura 22: Ventilação cruzada devida ação combinada dos ventos e da diferença de temperatura, com duas aberturas por fachada ................................................................................................................................ 51 Figura 23: Ventilação unilateral devida à ação dos ventos em uma única abertura ..................................... 51 Figura 24: Ventilação unilateral devida ação da diferença de temperatura em uma única abertura ......... 52 Figura 25: Ventilação unilateral devida à ação da temperatura em duas aberturas .................................... 52 Figura 26: Classificação dos métodos clássicos. ................................................................................................ 60 Figura 27: Pavilhão industrial com variáveis ................................................................................................... 63 Figura 28: Pavilhão industrial indicando peitoril mínimo ............................................................................... 64 Figura 29: Pavilhão industrial com restrição .................................................................................................... 64 Figura 30: Pavilhão industrial com restrição .................................................................................................... 65 Figura 31: Janela dos parâmetros do Solver. .................................................................................................... 67 Figura 32: Microsoft Excel – Opções do Solver ................................................................................................ 68 Figura 33: Planilha de cálculo - vazão de ar nas aberturas por diferença de temperatura .......................... 70 Figura 34: Modelo de pavilhão industrial ......................................................................................................... 72 Figura 35: Comparação das áreas das aberturas considerando o efeito do vento ......................................... 73 Figura 36: Método ASHRAE (2001) .................................................................................................................. 75 Figura 37: Comparação das áreas das aberturas considerando o efeito chaminé ......................................... 76 Figura 38: Comparação das áreas das aberturas com o uso dos efeitos do vento e chaminé ....................... 77 Figura 39: Modelo Tipo 1 ................................................................................................................................... 79 Figura 40: Modelo Tipo 2 ................................................................................................................................... 79 Figura 41: Modelo Tipo 3 ................................................................................................................................... 80 Figura 42: Planilha com áreas obtidas nas simulações .................................................................................... 81 Figura 43: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 83 Figura 44: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 83 Figura 45: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 83 Figura 46: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 84 Figura 47: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 84 Figura 48: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 84 Figura 49: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 85 Figura 50: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 85 Figura 51: Relação Área Total Aberturas / Área Piso dos modelos ensaiados .............................................. 85 Figura 52: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 86 Figura 53: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 86 Figura 54: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 86 Figura 55: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 87 Figura 56: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 87 Figura 57: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 87.

(9) 9 Figura 58: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 88 Figura 59: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 88 Figura 60: Relação Área Total Aberturas / Volume dos modelos ensaiados.................................................. 88 Figura 61: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 89 Figura 62: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 89 Figura 63: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 89 Figura 64: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 90 Figura 65: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 90 Figura 66: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 90 Figura 67: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 91 Figura 68: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 91 Figura 69: Relação Área Entrada / Área Saída dos modelos ensaiados ......................................................... 91 Figura 70: Túnel de vento Prof. Joaquim Blessmann - Universidade Federal do Rio Grande do Sul. ........ 94 Figura 71: Circuito Aerodinâmico do túnel de vento Prof. Joaquim Blessmann .......................................... 96 Figura 72: Sonda utilizada modelo 55P11 (fio reto) ......................................................................................... 97 Figura 73: Calibração da sonda ......................................................................................................................... 98 Figura 74: Modelo do pavilhão industrial com as aberturas livres para passagem do escoamento........... 101 Figura 75: Planta baixa do pavilhão- localização das sondas ........................................................................ 101 Figura 76: Modelo do pavilhão- localização das sondas ................................................................................ 102 Figura 77: Planta baixa da configuração 1...................................................................................................... 102 Figura 78: Planta baixa da configuração 2...................................................................................................... 102 Figura 79: Planta baixa da configuração 3...................................................................................................... 103 Figura 80: Fechamento das aberturas do modelo com fita de alumínio. ...................................................... 103 Figura 81: Posição das aberturas no pavilhão 1 – planta baixa .................................................................... 107 Figura 82: Posição das aberturas no pavilhão 2 – planta baixa .................................................................... 108 Figura 83: Posição das aberturas no pavilhão 2 – planta baixa .................................................................... 109.

(10) 10. LISTA DE TABELAS Tabela 1 Trocas de ar por hora, (N) .................................................................................................................. 24 Tabela 2 Ração de ar por pessoa. ....................................................................................................................... 25 Tabela 3 - Coeficientes de vazão......................................................................................................................... 35 Tabela 4 Tabela de dimensionamento de vãos - Código de Obras Passo Fundo - RS ................................... 39 Tabela 6 Áreas de entrada e saída de ar considerando o efeito do vento ....................................................... 73 Tabela 7 Resultados otimizados das áreas necessárias das aberturas obtidas considerando o efeito do vento...................................................................................................................................................................... 73 Tabela 8 Resultados das áreas necessárias das aberturas obtidas considerando o efeito chaminé .............. 74 Tabela 9 Resultados otimizados das áreas necessárias das aberturas obtidas considerando o efeito chaminé ............................................................................................................................................................................... 75 Tabela 10 Tabela de configurações de dimensionamento dos pavilhões......................................................... 78 Tabela 10 Resultados das velocidades obtidas para pavilhão com configuração 1 para vento p = 0,11 .... 104 Tabela 11 Resultados das velocidades obtidas para pavilhão com configuração 1 para vento p = 0,23 .... 105 Tabela 12 Resultados das velocidades obtidas para pavilhão com configuração 2 para vento p = 0,11 .... 105 Tabela 13 Resultados das velocidades obtidas para pavilhão com configuração 2 para vento p = 0,23 .... 105 Tabela 14 Resultados das velocidades obtidas para pavilhão com configuração 3 para vento p = 0,11 .... 106 Tabela 15 Resultados das velocidades obtidas para pavilhão com configuração 3 para vento p = 0,23 .... 106 Tabela 16 Vazões de ar nas aberturas do pavilhão com configuração 1 para vento simulado p = 0,11 e p = 0,23 e velocidade média do vento igual a 2m/s ............................................................................................... 107 Tabela 17 Vazões de ar nas aberturas do pavilhão com configuração 2 para vento simulado p = 0,11 e p = 0,23 e velocidade média do vento igual a 2m/s ............................................................................................... 108 Tabela 18 Vazões de ar nas aberturas do pavilhão com configuração 3 para vento simulado p = 0,11 e p = 0,23 e velocidade média do vento igual a 2m/s ............................................................................................... 109 Tabela 19 Áreas e Vazões de ar nas aberturas do pavilhão encontradas com o método de Clezar e Nogueira (1999).................................................................................................................................................. 110 Tabela 20 Áreas e Vazões de ar nas aberturas do pavilhão encontradas com o ensaio do túnel de vento. 110.

(11) 11. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 12. 1.1 Considerações Iniciais ....................................................................................................................... 12 1.2 Objetivo Geral .................................................................................................................................... 14 1.3 Objetivos específicos .......................................................................................................................... 14 1.4 Estrutura do trabalho ........................................................................................................................ 15 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................................... 16 2.1 Ventilação Natural ............................................................................................................................. 16 2.1.1 Ventilação por ação dos ventos ................................................................................................ 18 2.1.2 Ventilação por efeito chaminé .................................................................................................. 19 2.1.3 Ventilação Industrial................................................................................................................. 21 2.2 Conforto Térmico............................................................................................................................... 26 2.3 Índices de Conforto Térmico ............................................................................................................ 27 2.4 Aberturas: Tipologia, dimensionamento e fluxos de ar .................................................................. 29 2.5 Normas Técnicas ................................................................................................................................ 35 2.5.1 Normas Internacionais .............................................................................................................. 35 2.5.2 Normas Brasileiras e outras legislações ................................................................................... 37 2.6 Cálculo de vazão de ar- Métodos Empíricos .................................................................................... 40 2.6.1 Método da ASHRAE (2001) ..................................................................................................... 40 2.6.2 Método de Frota (FROTA, 1989; FROTA E SCHIFFER, 2001) .......................................... 42 2.6.3 Método de Clezar e Nogueira (CLEZAR E NOGUEIRA, 1999) .......................................... 44 2.6.4 Método da Norma Britânica BS 5925: 1991............................................................................ 48 2.6.5 Equações propostas por Silvani (2005) .................................................................................... 53 2.7 Otimização .......................................................................................................................................... 57 2.7.1 Otimização Aplicada ao Conforto Térmico ............................................................................ 60 3 OTIMIZAÇÃO DO PROJETO DE VENTILAÇÃO NATURAL EM PAVILHÕES .......................... 63 3.1 Formulação do problema .................................................................................................................. 63 3.2 Microsoft Excel Solver ....................................................................................................................... 66 3.2.1 Parâmetros do modelo .............................................................................................................. 67 3.2.2 Opções do Solver ....................................................................................................................... 68 3.3 Implementação da formulação no Microsoft Excel Solver ............................................................. 69 4 APLICAÇÃO DOS MÉTODOS ................................................................................................................ 71 4.1 Considerações Iniciais ....................................................................................................................... 71 4.2 Aplicação das formulações desenvolvidas entre os diferentes modelos teóricos........................... 71 4.2.1 Comparação dos resultados...................................................................................................... 76 4.3 Estudo das dimensões ótimas – Aberturas....................................................................................... 77 4.3.1 Dados dos modelos dos pavilhões ............................................................................................. 77 4.4 Resultados Obtidos ............................................................................................................................ 81 4.5 Análises dos resultados ...................................................................................................................... 92 5 ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO .......................................................................................................... 94 5.1 Considerações Iniciais ....................................................................................................................... 94 5.2 Túnel de Vento ................................................................................................................................... 94 5.3 Anemometria de Fio Quente ............................................................................................................. 97 5.4 Velocidade media do vento no ponto de referencia (Vref) ............................................................. 98 5.5 Velocidades adimensionais pontuais no centro das aberturas (Vadm) ......................................... 99 5.6 Determinação da vazão de ar nas aberturas.................................................................................... 99 5.7 Ensaios .............................................................................................................................................. 100 5.7.1 Descrição do modelo................................................................................................................ 100 6 CONCLUSÕES ......................................................................................................................................... 112 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................. 114.

(12) 12. 1 1.1. INTRODUÇÃO Considerações Iniciais O desenvolvimento dos centros urbanos e o surgimento de novas tecnologias. relacionadas à construção civil causam consequências ao meio ambiente. A preocupação com o aumento do consumo de energia para o condicionamento térmico das edificações e o bem estar dos ocupantes incentiva a avaliação do desempenho ambiental dos edifícios. A otimização dos recursos energéticos através da redução dos custos com energia elétrica e seu consumo promovem alterações na forma como os edifícios são projetados, construídos e gerenciados. A ventilação natural propicia o condicionamento térmico dos ambientes e contribui para um bom desempenho ambiental dos edifícios. A movimentação natural do ar de forma adequada contribui para a renovação do ar no ambiente, além de diminuir a temperatura interna. Este tipo de estratégia de condicionamento térmico se faz através de aberturas (janelas, portas, lanternins, entre outros), que atuam como aberturas de entrada ou saída, e devem estar posicionadas de modo a proporcionar um fluxo de ar adequado ao recinto. A ventilação pode ser natural/espontânea ou artificial/forçada. A ventilação natural se dá pela ação dos ventos (ventilação unilateral e ventilação cruzada), já o efeito chaminé é ocasionado pela diferença de temperatura entre o ar interno e o ar externo. A ventilação artificial consiste na movimentação do ar por meios mecânicos (COSTA, 2005). Nos sistemas híbridos, os quais utilizam as duas formas de movimentação do ar, a ventilação é associada a equipamentos mecânicos, como ventiladores e condicionadores de ar, sendo possível reduzir o consumo de energia quando as condicionantes climáticas são favoráveis, sem afetar o conforto dos ocupantes. O estudo da renovação de ar dos ambientes industriais se justifica pelas questões de conforto, higiene e saúde, e também pelos fatores relacionados aos custos e exigências de mercado, tais como: aumento de produtividade, redução do número de acidentes de trabalho, certificação das empresas, combate ao foco de incêndios, custo de energia elétrica, e outros. As edificações que utilizam a ventilação natural estão de acordo com as Normas Regulamentadoras de Segurança e Saúde no Trabalho do Ministério do Trabalho (NR), em especial a NR 8 que trata de Edificações e a NR 9 sobre o Programa de Prevenção de Riscos Ambientais, assim como com a NBR 15220:2005 sobre o Desempenho Térmico de Edificações (SILVANI, 2005)..

(13) 13. O desempenho da ventilação envolve a forma do edifício, o entorno natural e construído, a orientação e a localização. Os fatores variáveis que norteiam a direção, a frequência, a velocidade dos ventos e as diferenças de temperatura do ar também são considerados (TRINDADE, 2006). As diretrizes construtivas que envolvem o desempenho térmico do edifício são determinadas na sua maioria de forma empírica, não abrangendo todos os fatores que fazem parte do projeto. A utilização da otimização no desempenho térmico de um ambiente é um dos objetivos mais relevantes do projeto arquitetônico (ROMERO, 2001). As ferramentas computacionais para avaliação do desempenho da ventilação natural nas edificações são geralmente desconsideradas por projetistas devido ao custo, complexidade de uso, exigência de computadores de alta capacidade, limitações de modelagem e tempo de processamento (BITTENCOURT; CÂNDIDO, 2005). Dentre as ferramentas mais recorrentes na bibliografia, destacam-se três com diferentes níveis de incerteza e complexidade: os modelos algébricos, os modelos empíricos e as simulações em CFD. Segundo Saraiva et al. (2006) essas ferramentas podem ser associadas, utilizando dados de vento como condições de contorno para ensaios em túnel aerodinâmico, sobre modelos físicos, de área urbana ou de um edifício específico, para obter padrões de escoamento e verificar distribuições de pressão. De acordo com Bittencourt e Cândido (2008), as técnicas algébricas simplificadas constituem um meio fácil e rápido para avaliar a intensidade da ventilação cruzada numa edificação. Os autores indicam equações para cálculo do fluxo de ar ou taxa de ventilação relacionando o coeficiente de descarga, a área de aberturas, a velocidade do vento e o coeficiente de pressão, que podem ser utilizadas para estimar a taxa de renovação de ar de um determinado ambiente, para a ventilação unilateral e cruzada. Os modelos empíricos baseiam-se em experimentos e medições para estimar coeficientes presentes nas equações dos modelos algébricos, funcionando bem para os casos específicos dos quais são resultantes, porém, apresentam aplicabilidade reduzida. A simulação computacional ou numérica reproduz virtualmente o túnel de vento por meio de simulação computacional de fluidos (CFD ou Computational Fluid Dynamics). Porém, essa ferramenta computacional para avaliação do desempenho da ventilação natural é geralmente desconsiderada por projetistas devido ao custo, complexidade de uso, exigência de computadores de alta capacidade, limitações de modelagem e tempo de processamento (BITTENCOURT; CÂNDIDO, 2008). Desta forma, o estudo teórico em relação aos parâmetros que envolvem a ventilação natural e a otimização se faz necessário, visto que somente a utilização de equipamentos mecânicos para a realização de trocas de ar nos ambientes muitas vezes gera desconforto aos.

(14) 14. ocupantes (ruídos, “ar viciado”) além de que esses equipamentos utilizam os recursos energéticos, contradizendo as questões de desenvolvimento sustentável e impacto ambiental. Neste trabalho estudam-se os parâmetros da ventilação natural com a aplicação de técnicas de otimização no dimensionamento das aberturas em ambientes industriais considerando as variáveis de conforto térmico a fim de maximizar a eficiência energética. Desse modo é possível avaliar as decisões de projeto promovendo a renovação do ar e a vazão de ar necessária ao espaço construído. A presente dissertação da continuidade a estudos desenvolvidos no Programa de Pósgraduação em Engenharia da Universidade de Passo Fundo, iniciados com o trabalho de Silvani, 2005. Integra o projeto “Otimização Energética em Pavilhões Industriais através da Ventilação Natural” desenvolvido em colaboração com o Programa de Pós-graduação em Eng. Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Apesar de direcionado a pavilhões industriais, a metodologia proposta neste trabalho pode ser empregada para edificações com diferentes finalidades, como edifícios institucionais (escolas, unidades de saúde) e residências, sendo necessária a configuração das ferramentas utilizadas conforme a tipologia escolhida.. 1.2. Objetivo Geral. Estudar os parâmetros que maximizam a ventilação natural em pavilhões industriais visando um maior conforto térmico.. 1.3. Objetivos específicos. 1. Estudar os diferentes modelos teóricos disponíveis na literatura para a determinação da vazão de ventilação por efeito do vento e chaminé em pavilhões, bem como os parâmetros que influenciam o conforto térmico. 2. Desenvolver e implementar uma formulação matemática para a maximização da eficiência da ventilação natural. 3. Fornecer subsídios para o dimensionamento otimizado das aberturas em pavilhões. 4. Efetuar análises de modelos de pavilhões. industriais buscando identificar as. dimensões e disposições ótimas das aberturas, bem como sua influência para determinação da vazão de ventilação..

(15) 15. 5. Efetuar a validação experimental através de simulação em túnel de vento.. 1.4. Estrutura do trabalho Além deste capítulo, no qual se apresenta a introdução, os objetivos e as delimitações. do trabalho, a presente dissertação é composta por mais cinco capítulos. O segundo capítulo apresenta uma revisão bibliográfica e aprofundamentos teóricos, que compõem a base para o estudo de caso proposto. Inicialmente faz-se uma revisão bibliográfica sobre conforto ambiental, ventilação natural, seus tipos e importância para as edificações, métodos de calculo de vazões e dimensionamento de aberturas, bem como sobre a otimização, seus métodos e aplicações. No terceiro capítulo descreve-se a formulação do problema com os parâmetros estudados, além do software utilizado para implementação da formulação no trabalho. Nesse capitulo também é exposto como foi realizado o desenvolvimento e a escolha dos modelos. O capitulo quarto apresenta os resultados numéricos obtidos com a implementação na planilha Excel, utilizando a ferramenta Solver, dos métodos de otimização estudados. No capítulo quinto descrevem-se os ensaios no túnel de vento assim como se apresentam os resultados obtidos nesta etapa. São expostas as comparações entre os resultados e as discussões sobre as conclusões encontradas. O capítulo sexto conclui a pesquisa, abordando sugestões para trabalhos futuros. Por fim, apresenta-se a relação das referências utilizadas no trabalho..

(16) 16. 2 2.1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Ventilação Natural A saúde e o conforto humano são duas importantes razões para que a ventilação nos. edifícios seja analisada. A ventilação permite a renovação do ar dos ambientes, auxiliando no controle da temperatura e umidade de um ambiente, mantendo a concentração de contaminantes nos ambientes em níveis seguros tornando-os salubres, pois dispersa partículas tóxicas, como vapores, fumaça, poeira e outros poluentes (FROTA, 1989). Para Givoni (1976), existem duas maneiras de promover o conforto através da ventilação. Uma é através do efeito direto fisiológico: ao abrir as janelas, a pessoa no interior de uma edificação sente-se refrescada, pois as altas velocidades do ar aumentam a taxa de evaporação na superfície da pele e, conseqüentemente, reforçam a sensação de resfriamento. A outra maneira é indireta, através da ventilação noturna. Ao ventilar a edificação apenas à noite, promove-se uma refrigeração da massa interna da edificação que durante o dia seguinte reduz a taxa de aumento da temperatura interna. Nas regiões predominantemente quentes, a arquitetura tem o papel de minimizar a diferença entre as temperaturas externas e internas do ar (FROTA; SCHIFFER, 2001). Já nas regiões frias, a ventilação tem como objetivo exclusivo a higienização. Nas zonas temperadas, no inverno a ventilação tem somente a função de higienizar, contudo no verão, além de higienizar tem como função oferecer conforto térmico (RIVERO, 1985). A ventilação natural se faz quando há deslocamento do ar dentro de um recinto fechado. O desempenho da ventilação natural está relacionado a vários fatores, entre eles: a forma do edifício, a dimensão, o tipo, o microclima onde está inserido, o número e a posição das aberturas nas edificações, seu entorno construído, bem como a velocidade do vento e diferenças de temperatura (SOUZA; MAZON, 2006). Para o bom dimensionamento da ventilação deve-se considerar o volume do ambiente, o número de pessoas e a existência de equipamentos que geram calor, como computadores, máquinas e lâmpadas. Essas características consequentemente influenciam na localização, tamanho e modo de abrir das aberturas. A figura 1 apresenta a ventilação própria para climas temperados, de inverno e verão (RIVERO, 1985)..

(17) 17. Fonte: RIVERO,(1985) Figura 1: Ventilação para climas temperados, ventilação de inverno e ventilação de verão. Segundo Kronka (2001), a ventilação cruzada é a solução natural e eficiente, desde que haja o dimensionamento e o posicionamento de aberturas em paredes opostas ou justapostas, ou mesmo no teto, forçando o fluxo de ar. O padrão e a velocidade do fluxo de ar não são necessariamente determinados pelo número de trocas de ar. Quando se trata de sensação térmica, além do edifício ser bem ventilado o fluxo de ar deve atingir diretamente as pessoas que ocupam o ambiente. A ventilação de conforto utiliza esse fluxo na zona de atividade do ambiente, sendo a melhor posição para entrada de ar na aberturas entre 0,5 e 1,5 m acima do piso (NEVES, 2005). O fluxo que entra ou sai de um edifício, por ventilação natural, depende da diferença de pressão entre as partes interna e externa, como também da resistência oferecida ao fluxo pelas aberturas e equipamentos internos que podem obstruir a passagem do ar. O caminho se faz entre as aberturas, e a diferença de pressão pode ocorrer por ação do vento ou pela diferença de densidade do ar que ocorre no efeito chaminé (ALLARD, 1998; ASHRAE, 2001). A ventilação natural pode ocorrer de duas formas: através do efeito dos ventos e pelo efeito chaminé. Entretanto, também podem ocorrer os dois mecanismos simultaneamente, dependendo das condições atmosféricas, do projeto e da localização do edifício..

(18) 18. 2.1.1 Ventilação por ação dos ventos A ação dos ventos causa diferença de pressão sobre os edifícios e provoca a formação de zonas expostas a pressões positivas e de zonas expostas a pressões negativas (FROTA & SCHIFFER, 2001). Há condição de ventilação do ambiente quando as aberturas de vãos em paredes sujeitas a pressões positivas possuem entrada de ar e as paredes sujeitas a pressões negativas possuem saída de ar, conforme esquematizado na figura 2.. Fonte: Frota & Schiffer, 2001 Figura 2: Ventilação por Ação dos Ventos. A distribuição destas pressões é determinada pela direção dos ventos em relação ao edifício e seu entorno, protegido por outros edifícios ou qualquer obstáculo. A pressão exercida num determinado ponto depende da velocidade do vento e do seu ângulo de incidência (FROTA & SCHIFFER, 2001). A quantidade de ar que atravessa uma abertura é calculada em função da área da abertura de entrada de ar, a velocidade do vento, a relação da dimensão das aberturas de entrada e saída de ar e o ângulo de incidência do vento sobre a abertura (CHÁVEZ E FREIXANET, 1995). Conforme cita Givoni (1976), a diferença de pressão entre dois pontos da envoltória de um edifício determina a força potencial para a ventilação quando há aberturas nesses pontos. Com base na pressão dinâmica do vento, pode-se obter um coeficiente de pressão adimensional, válido para condições normais de temperatura. Esse coeficiente de pressão representa um modo quantitativo de se avaliar o efeito de vários fatores, como direção do vento, forma do edifício e posição das aberturas para ventilação (GIVONI, 1976). De acordo com Lamberts (2000), a ventilação por ação dos ventos pode ser classificada como ventilação cruzada e ventilação unilateral..

(19) 19. -Ventilação Cruzada A ventilação cruzada é verdadeiramente efetiva quando paredes opostas de um ambiente possuem aberturas, garantindo a entrada de ar, com pressão positiva, e a saída de ar, com pressão negativa conforme demonstrado na figura 3 (RIVERO, 1985). A ventilação cruzada é recomendada para os climas quentes úmidos e temperados, e as aberturas devem se situar em fachadas que se comuniquem diretamente com o exterior.. Fonte: RIVERO, (1985) Figura 3: Pressões do ar diante da ventilação cruzada.. -Ventilação Unilateral A ventilação unilateral é aquela que ocorre através de aberturas situadas em um único lado de um ambiente (figura 4). Esta ventilação é muito utilizada para cômodos simples, porque se caracteriza como solução de ventilação local ( EMMERICH et al., 2001). Aberturas horizontais dão mais eficiência quando a incidência do vento for a 45º, já as aberturas verticais funcionam mais adequadamente quando a incidência for a 90º, tanto na ventilação cruzada como na ventilação unilateral (CHÁVEZ E FREIXANET, 1995).. Fonte: Emmerich et al., 2001 Figura 4: Esquema de ventilação unilateral 2.1.2 Ventilação por efeito chaminé A ventilação natural por efeito chaminé é o processo da convecção natural que se baseia no fato de o ar aquecido ser mais leve (menos denso) que o ar frio, resultando na.

(20) 20. tendência do ar quente de subir, como ocorre nas chaminés de lareira ou churrasqueiras (SCIGLIANO & HOLLO,2001).Um pavilhão industrial possui grande área interna, permitindo uma grande exaustão do ar quente, pois ele está presente em todo a sua extensão (figura 5).. Fonte: Scigliano & Hollo (2001). Figura 5: Efeito chaminé. Segundo Toledo (1999), a ventilação por efeito chaminé se dá quando há uma diferença de pressões originadas das diferenças de temperaturas do ar interno e externo do edifício. Assim, o ar interno, mais aquecido que o externo, sairá pelas aberturas altas, enquanto o ar externo, com temperatura inferior, entrará pelas aberturas baixas. Observa-se que o fluxo de ar será tanto mais intenso quanto mais baixas forem as aberturas de entrada e quanto mais altas forem as aberturas de saída do ar (FROTA, 2000). A distância vertical entre as aberturas superiores e inferiores é proporcional à taxa de ventilação, pois quanto maior esta distância maior será a taxa de ventilação. Esta medida de ventilação funciona em edifícios com torres de ventilação, e/ou com pé-direito alto com aberturas localizadas na cobertura, como é o caso dos pavilhões industriais (NEVES, 2005)..

(21) 21. 2.1.3 Ventilação Industrial De acordo com Silvani (2005), além de atender ao conforto dos ocupantes, a ventilação de edifícios industriais possui problemas com contaminantes do ar, calor dos processos de produção e poluição de gases e requer maiores taxas de ventilação. O uso da ventilação industrial pode ser dividido em três áreas principais (CLEZAR E NOGUEIRA, 1999): i.. Controle de contaminantes no ar a níveis aceitáveis;. ii.. Controle da temperatura, velocidade e umidade do ar para conforto;. iii.. Prevenção ao fogo e a explosões. De acordo com Emmerich et al. (2001), alguns estudos da EPA, Environmental. Protection Agency, citam a qualidade interna do ar como um dos cinco principais riscos para a saúde pública.Os poluentes do ar são mais concentrados nos ambientes internos devido a permanência prolongada do homem em locais sem ventilação natural, em torno de 90% do seu tempo em ambientes internos. De acordo com Mendell (1996) os usuários que trabalham em ambientes fechados apresentam menos sintomas de doenças respiratórias em edifícios ventilados naturalmente do que comparados aos que utilizam ventilação mecânica. Conforme Clezar e Nogueira (1999), a ventilação pode ser classificada em dois grandes grupos: • Ventilação local exaustora (VLE): realizada por meio de um equipamento captador do contaminante no próprio local de sua formação não permitindo que se espalhe pelo recinto. É indicada para situações em que são identificados os tipos e o local das fontes geradoras de poluição. • Ventilação geral diluidora (VGD): proporciona a ventilação de um ambiente como um todo. É adotada quando é impossível capturar o contaminante antes do mesmo se espalhar pelo recinto permitindo, dentro de certos limites, o controle da temperatura, da umidade e da velocidade do ar. A ventilação geral diluidora pode ser utilizada para (figura 6): •. Remoção de calor sensível: necessária para ventilar ambientes onde são produzidas grandes quantidades de calor tais como salas de transformadores, salas de caldeiras e outros ambientes, com grande desprendimento de calor;.

(22) 22. •. Remoção de umidade: os desprendimentos de vapor d’água no ar que ocorrem, em determinados ambientes industriais, decorrentes de vazamentos podem resultar em níveis intoleráveis de umidade de ar;. •. Aplicações gerais: para locais onde exista aglomeração de pessoas, tais como cinemas, teatros, bem como para locais com geração de contaminantes que oferecem pouco risco para a saúde dos ocupantes.. Fonte: Clezar e Nogueira, 1999 Figura 6: Ventilação local e ventilação geral.. O principal parâmetro de um projeto de ventilação industrial é a vazão de ar, ou seja, a vazão volumétrica de ar necessária para o ambiente. Ela determina, praticamente, todas as dimensões da instalação de ventilação (CLEZAR E NOGUEIRA,1999). O cálculo da vazão de ar externo necessária, Qe , é feito segundo a finalidade da ventilação: •. Vazão de ar externo para remoção do calor sensível:. =. (1). onde: Qe = Vazão de ar, (m3/h); qT = qi +qe = carga térmica total, (kcal/h); qi = taxa de geração interna de calor devida pessoas, motores, equipamentos, iluminação, etc., (kcal/h); qe = taxa de transferência de calor com o exterior, ganho (+), perda (-), (kcal/h);.

(23) 23. ȡe = massa específica do ar externo, (kg/m3); Cp= calor específico do ar = 0,24 kcal/kgºC; ¨t = aumento de temperatura do ar, (ºC). •. Vazão de ar externo para remoção de umidade:. =. (2). onde: Gv = geração de vapor, (kg/s); We = umidade absoluta do ar externo, (kgH2O/kgar seco); ¨W= aumento de umidade absoluta do ar, (kgvapor / kgar seco). Para aplicações gerais, a vazão do ar externo necessária, Qe, pode ser calculada por um dos dois critérios seguintes:. a) Com base no número de trocas de ar por hora (Tabela 1). A vazão do ar externo é obtida por:. =. (3). onde: N = índice de renovação de ar por hora, ou, taxa de renovação de ar por hora, ou número de trocas de ar por hora dado pela tabela 1. = volume do ambiente, (m3);.

(24) 24. Tabela 1 Trocas de ar por hora, (N) Situação. Trocas de ar por hora - N. Auditórios e salas de reuniões. 4-6. Padarias. 20-30. Bancos. 2-4. Salões de banquete. 6-10. Salões de bilhar. 6-8. Casas de caldeiras. 20-30. Lanchonetes. 10-12. Cantinas. 4-6. Igrejas. 0,5-1. Cinemas e teatros. 10-15. Salões de clubes. 8-10. Salões de dança. 6-8. Salões de tingimento de tecidos. 20-30. Salas de maquinas. 20-30. Oficinas. 6-10. Fundições. 20-30. Salas de fornos. 30-60. Garagens. 6-8. Hospitais, geral. 4-6. Cozinhas. 10-20. Laboratórios. 4-6. Lavatórios. 10-15. Lavanderias. 20-30. Escritórios. 4-6. Salões de pintura. 30-60. Câmaras escuras (fotografias). 10-15. Casas de carne. 6-10. Restaurantes. 6-10. Salas de aula. 2-3. Residências. 1-2. Piscinas internas. 20-30. Cabines de passageiros (navios). 10-20. Compartimentos de alimentos (navios). 10-30. Fonte: Adaptado de Clezar e Nogueira, 1999 Pode-se observar que, para as situações em que se deseja remover apenas os contaminantes emitidos pelos ocupantes do recinto, até oito trocas de ar por hora são.

(25) 25. suficientes. Recomenda-se utilizar o dobro dos valores sugeridos em ambientes com grande aglomeração de pessoas fumantes (CLEZAR E NOGUEIRA, 1999). b) Com base na necessidade, requerimento ou ração de ar por pessoa (tabela 2), para remover odores e fumaça, a vazão do ar externo é obtida por:. =. (4). onde; Qp = necessidade, requerimento ou ração (taxa) de ar por pessoa, (m3/h/pessoa); Np = número de pessoas. Tabela 2 Ração de ar por pessoa. Qp em (m³/h)/Pessoa. Concentração. Local Recomendável. Mínimo. de fumantes. Bancos. 17. 13. Ocasional. Barbearias. 25. 17. Considerável. Salões de baile. 17. 13. Ocasional. Bares. 68. 42. -. Cassinos – grill- room. 45. 35. -. Escritórios públicos. 25. 17. Alguns. Escritórios privados. 42. 25. Nenhum. Estúdios. 35. 25. Nenhum. Lojas. 17. 13. Ocasional. Salas de hotéis. 51. 42. Grande. Residências. 35. 17. Alguns. Restaurantes. 25. 20. Considerável. Salas de diretores. 85. 50. Muito grande. Teatros- cinemas. 13. 8. Nenhum. Auditórios. 25. 17. Nenhum. Salas de aulas. 50. 40. Nenhum. Sals de reuniões. 85. 50. Muito grande. Por pessoa ( não fumando). 13. 8. -. Por pessoa (fumando). 68. 42. -. Fonte: Adaptado de Clezar e Nogueira, 1999.

(26) 26. 2.2. Conforto Térmico As condições favoráveis de conforto térmico são aquelas que aceitam uma temperatura constante no corpo humano sem acionar os mecanismos de defesa contra o calor ou contra o frio e dependem de variáveis como: taxa de metabolismo, isolamento térmico da vestimenta, temperatura radiante média, umidade relativa, temperatura e velocidade relativa do ar. De acordo com Xavier (1999), o conforto térmico é uma sensação complexa que sofre influência de fatores de ordem física, fisiológica e psicológica. Segundo ASHRAE (2001), conforto térmico é um estado de espírito que reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve a pessoa. Freitas (2005) salienta que o conforto térmico depende de quatro grandezas físicas principais: a temperatura e umidade do ar, as temperaturas das superfícies e a velocidade do vento. Esse conjunto de grandezas é relacionado entre si e influenciado pelos princípios da concepção arquitetônica: orientação, disposição, dimensões, materiais, entre outros. De acordo com Silva (2001) no século IV AC, Sócrates considerava que era necessária à adequabilidade climática de residências a forma como construí-las para se assegurar conforto térmico. Vitruvius, no século I DC, também relatou a necessidade de se considerar o clima nos projetos de edificações, levando em consideração as razões de saúde e de conforto (SILVA , 2001). Com o desenvolvimento da industrialização no século XIX, surgiram estudos que visavam à melhoria das condições de higiene e salubridade no trabalho, tendo em vista principalmente a manutenção da saúde e da produtividade do trabalhador (SILVA, 2001).O aumento da produtividade e avanços da tecnologia fizeram com que os locais de trabalho evoluíssem de pequenas oficinas para novas fábricas, com concentração de trabalhadores em um mesmo local, obtendo assim maior eficiência na produção. No Brasil, os primeiros estudos relacionados à utilização de métodos de avaliação de conforto térmico num ambiente surgiram por volta de 1930 (OLIVEIRA & LABAKI ,2001). Este assunto se referia somente a conhecimentos internacionais, havendo a necessidade de se adaptarem os métodos utilizados internacionalmente às condições brasileiras. Neste período, dois pesquisadores brasileiros, Paulo Sá e Benjamin Alves Ribeiro, estudaram os índices de conforto térmico (OLIVEIRA & LABAKI ,2001). Eles buscaram estabelecer a relação entre a sensação térmica do brasileiro e os índices de avaliação de conforto térmico mais utilizado na época, principalmente as variáveis de temperatura do ar, velocidade e umidade do ar..

(27) 27. Em 1984, Aroztegri revisou os aspectos significativos do desempenho térmico, envolvendo principalmente as aberturas em edificações sem condicionamento artificial. Com isso foram elaboradas diretrizes para a avaliação do desempenho térmico de janelas para Porto Alegre, servindo de subsídio para o atual estudo do desempenho térmico. Nos anos 90 surgiram mais estudos sobre o conforto térmico. Ressaltam-se os trabalhos da ANTAC (Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído), organizando encontros na área de conforto, tais como o ENCAC (Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído) realizado em 1990, 1993 e 1995 e o simpósio na área de normatização para o uso racional de energia e para conforto ambiental, realizado em Florianópolis 1991 (LAMBERTS, 2000). No litoral nordestino brasileiro, Araújo (1996) avaliou o conforto térmico de edificações escolares com o objetivo principal de determinar parâmetros das variáveis ambientais que permitissem o conforto térmico confrontando-os com os índices e zonas de conforto térmico mais utilizados no país. O estudo sobre a avaliação do conforto térmico é uma ferramenta importante a ser utilizada para melhor adequar os projetos ao clima onde serão inseridos, bem como promover subsídios que atendam às necessidades humanas. Hoje em dia esse assunto vem sendo estudado com grande interesse em diferentes partes do mundo e vários métodos são analisados para a avaliação de conforto térmico.. 2.3. Índices de Conforto Térmico Com o intuito de avaliar o efeito conjunto das variáveis de conforto térmico, alguns. pesquisadores sugerem diferentes índices. De forma geral, estes índices são desenvolvidos fixando um tipo de atividade e a vestimenta do indivíduo para, a partir daí, relacionar as variáveis do ambiente e reunir, sob a forma de cartas ou nomogramas, as diversas condições ambientais que proporcionam respostas iguais por parte dos indivíduos (LAMBERTS, 2001). De acordo com Frota & Schiffer (2001), existem vários índices de conforto térmico, os quais podem ser divididos em dois grandes grupos: Os que estão baseados no balanço de calor (sendo o voto médio predito o mais conhecido deles) e os que têm uma abordagem adaptativa. A maioria dos índices propostos expõe que a sensação de conforto se dá quando há uma temperatura operativa, ou seja, quando há concordância da temperatura, umidade, radiação e movimento do ar. Esta sensação pode ser expressa através de índices de conforto, de cartas bioclimáticas, de gráficos psicrométricos ou monogramas de temperatura efetiva. Os índices de conforto térmico foram classificados em três tipos conforme quadro 1:.

(28) 28 BIOFÍSICOS. FISIOLÓGICOS. SUBJETIVOS. Baseados nas trocas de. Baseados nas relações. Baseados nas sensações. calor entre o corpo e o ambiente,. fisiológicas originadas pela. subjetivas do conforto. correlacionando os elementos do. temperatura seca do ar,. experimentadas em condições em. conforto com as trocas de calor que. temperatura radiante média,. que os elementos de conforto. dão origem a esses elementos.. umidade e velocidade do ar.. variam.. Quadro 1 Índices de Conforto térmico Fonte: Adaptado de Frota & Schiffer, 2001. Existem cerca de três dezenas de índices de conforto térmico, porém, para fins de aplicação às condições ambientais, Frota e Schiffer (2001) sugerem o emprego dos seguintes: • Carta Bioclimática, de Olgyay; • Temperatura efetiva, de Yaglou e Houghthen: ou temperatura efetiva corrigida de Vernon e Warner; • Índice de conforto equatorial ou índice de Cingapura, de Webb. A Carta Bioclimática de Olgyay — índice biofísico — foi desenvolvida a partir de estudos acerca de efeitos do clima sobre o homem, quer ele esteja abrigado quer não, de zonas de conforto e de relações entre elementos de clima e conforto. Foi construída tendo como ordenada a temperatura de bulbo seco e como abscissa a umidade relativa do ar (FROTA E SCHIFFER, 2001). A Temperatura Efetiva, de Yaglow e Houghten, de 1923, foi definida pela correlação entre as sensações de conforto e as condições de temperatura, umidade e velocidade do ar, procurando concluir quais são as condições de conforto térmico. É um índice subjetivo. Essas correlações são apresentadas sob a forma de nomograma (FROTA E SCHIFFER, 2001). Em 1932, Vernon e Warner apresentaram uma proposta de correção para o índice de Temperatura Efetiva, utilizando a temperatura do termômetro de globo em vez de temperatura seca do ar, para base dos cálculos, posto que a temperatura de radiação, sendo superior ou inferior à temperatura seca do ar, proporciona alterações na sensação de conforto. A zona de conforto térmico delimitada sobre o nomograma de Temperatura Efetiva para pessoas normalmente vestidas, em trabalho leve e se referindo a habitantes de regiões de climas quentes(FROTA E SCHIFFER, 2001). Conforme citam Frota e Schiffer (2001), Webb desenvolveu o índice conforto equatorial ou índice de Cingapura, para ser aplicado a habitantes de climas tropicais, de preferência quente e úmido. Baseou-se em observações feitas em Cingapura, em habitações.

(29) 29. correntes e em uma escala climática desenvolvida especialmente para condições tropicais, procurando correlacionar os valores dessa escala com a sensação de calor, tendo incorporado dados referentes ao P4SR (Previsão da Produção de Suor em 4 horas, que é um índice fisiológico desenvolvido por McArdle, do Royal Naval Research Establishment) e chegou a um nomograma semelhante ao da Temperatura Efetiva. Webb estende a aplicabilidade de seu índice e de seu gráfico de conforto a habitantes de regiões climáticas semelhantes a Cingapura, como, por exemplo, a Amazônia.. 2.4. Aberturas: Tipologia, dimensionamento e fluxos de ar As janelas fazem parte do envelope do edifício, cujas características, entretanto,. variam, adaptando-se as funções específicas. A função básica da abertura é ser o elemento construtivo encarregado da relação interior-exterior (AROZTEGUI, 1984). A tipologia da abertura influencia a ventilação dos ambientes por oferecer maior ou menor resistência à passagem do ar. As aberturas permitem ou dificultam a distribuição do fluxo de ar no interior dos ambientes, assim como têm a função de proteger o edifício de chuvas, radiação solar e ruídos. Deste modo, é muito importante que o projeto das esquadrias seja analisado, pois norteia as condições de conforto de um determinado ambiente (BITTENCOURT E CÂNDIDO,2008). As aberturas dos edifícios industriais podem ser: •. Venezianas industriais com controle ou não de passagem de ar;. •. Janelas basculantes;. •. Portões e portas que permitem a passagem do ar, além da função de passagem de pessoas e equipamentos, conforme figura 7.. As esquadrias pivotantes, basculantes e dotadas de venezianas móveis possuem uma tipologia interessante, pois permitem a passagem dos ventos e o direcionamento do fluxo do ar, além da possibilidade de integração com o exterior e proteção contra a radiação solar intensa..

(30) 30. Fonte: Silvani,2005 Figura 7: Venezianas industriais. Alguns critérios de desempenho térmico, além da facilidade de operação pelo usuário e acessibilidade à esquadria, são determinados de acordo com o desenho das aberturas. A área real de uma abertura pode determinar a área máxima de ventilação, a possibilidade de separação das correntes de ar frio e quente, a possibilidade de ser regulável pelo usuário, a contribuição na distribuição do fluxo de ar pelo local e a estanqueidade ao ar e à chuva (MASCARÓ, 1991). A maioria dos códigos de obras e edificações brasileiros baseia-se na fração da área de piso dos ambientes internos como critério de dimensionamento das aberturas, visando à ventilação e iluminação natural. Isso se deve basicamente à precedência dos critérios de insolação e de ventilação higiênica estabelecidos pelos Códigos anteriores à década de 1970, que ainda se baseavam em condições de higiene. Alguns Códigos de Edificações de algumas cidades brasileiras, posteriores a essa data, mostraram que a preocupação com a insolação transferiu-se, gradativamente, para a iluminação natural dos ambientes, enquanto que a ventilação natural permaneceu, na maioria das vezes, com a premissa de garantir a renovação do ar, para assegurar a qualidade do ar respirável (TOLEDO, 1999). Esse critério de área de piso e limite máximo de profundidade do ambiente, estabelecido pelos Códigos brasileiros, por referir-se principalmente à iluminação natural lateral, não considera adequadamente as variáveis envolvidas no fenômeno da ventilação natural. Por esta razão não garante desempenho desejável para os edifícios não climatizados, sobretudo quanto ao conforto térmico dos usuários, em climas quentes e úmidos. O dimensionamento das aberturas propostos pelos códigos brasileiros, baseado nos percentuais da área de piso ou fachada pode levar a resultados equivocados, pois aberturas de mesma área, mas com formas distintas podem apresentar diferença na resistência a passagem do ar (CUNHA, 2010)..

(31) 31. O correto dimensionamento das aberturas é a estratégia mais eficiente para definir a direção do fluxo do ar, determinando os vetores das forças que interferem na ventilação do ambiente. As aberturas influenciam significativamente no conforto do edifício através: • Das perdas e ganhos de calor dos ambientes por meio de infiltrações de ar; • Dos ganhos de calor solar pelos vidros e também pela própria esquadria; • Da iluminação natural e, • Da ventilação natural, amenizando as temperaturas internas quando possuem folhas móveis ou dispositivos que permitam a passagem do ar, como persianas, venezianas, telas, entre outros. A configuração do fluxo de ar interno do edifício é determinado por três fatores principais: • Tamanho e localização das aberturas de entrada do ar na parede; • Tipo e configuração das esquadrias utilizadas; • Localização de elementos próximos às aberturas, tais como divisórias internas, painéis verticais, protetores solares ou marquises. As janelas localizadas no centro da fachada produzem taxas mais altas de ventilação do que as localizadas nas extremidades. A área de entrada de ar deve ser aproximadamente o dobro da área de saída, pois com essas condições a vazão será aumentada em torno de 25% com relação ao valor obtido em casos em que essas áreas são iguais (Clezar e Nogueira, 1999). O aumento simultâneo das aberturas de entrada e de saída resulta em velocidades internas do ar mais elevadas. A combinação de uma entrada pequena com uma saída maior produz um movimento de ar concentrado, de maior velocidade, limitado a uma pequena seção do ambiente – o chamado “efeito Venturi”. Entradas e saídas de tamanhos similares resultam em uma ventilação mais distribuída (GIVONI, 1976). De acordo com Scigliano e Hollo (2001), alguns fatores determinantes como dimensionamento de aberturas e pé-direito influem no conforto térmico em edifícios comerciais e industriais (figura 8)..